CN105316534A

CN105316534A - 一种含有稀土的铁铝合金丝及其制造方法

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Publication number: CN105316534A
Application number: CN201510054352.XA
Authority: CN
Inventors: 刘登瑞; 肖剑鸣; 余丽平
Original assignee: ANHUI HUANA ALLOY MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ANHUI HUANA ALLOY MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2015-01-31
Filing date: 2015-01-31
Publication date: 2016-02-10

Abstract

一种含有稀土的铁铝合金丝及其制造方法，按重量百分比计，其组分为：镧元素和铈元素的总含量：0.04％～0.15％，硅：0.08％～0.13％，铁：0.4％～1.2％，铜：0.005％～0.01％，锌：0.001％～0.1％，硼：0.01％～0.05％，锰、钒、铬、钛四种元素的总含量：0.01％～0.04％，镁：0.001％～0.03％，其余为铝，其余杂质的总和不超过0.10％，单个杂质不超过0.03％；制造方法包括以下步骤：配料、烘炉、熔化、精炼、浇铸、轧制、拉丝、热处理。本发明的生产工艺简捷，成本适中，产品质量稳定。

Description

一种含有稀土的铁铝合金丝及其制造方法

技术领域

本发明涉及铁铝合金丝技术领域，尤其涉及一种含有稀土的铁铝合金丝及其制造方法。

背景技术

80年代初，中国的铝导体电缆用量激增，甚至小规格的建筑电缆也采用铝导体。由于铝成本低，来源广，用纯铝制造的铝芯电缆使用广泛。然而由于纯铝导体蠕变性和连接性能比较差，在接头处容易发生氧化和松动，造成火灾、停电等事故。据统计纯铝电缆故障率为铜芯电缆的50倍。90年代后，铝芯电缆的使用量逐渐减少，除西北地区还在使用铝芯电缆外，发达地区基本上不采用铝芯电缆，而开始采用铜芯电缆。铜芯电缆安全性和过载能力都比较强，使用稳定，但是铜芯电缆价格高，给企业和客户带来经济负担。中国铜资源匮乏，电缆行业用铜65％以上依赖进口。铁铝合金丝改变了现有纯铝丝的缺点，替代了铜丝用于电线电缆行业。然而现有的铝合金丝的电阻率普遍偏高，降低了铝合金丝的能效，且铝合金丝的耐化学腐蚀性有限，不能满足现代环境中越来越严重的酸污染，另外，铝合金丝的抗拉强度有限，容易在安装使用中断裂，难以满足人们对铁铝合金电缆越来越高的使用要求。

发明内容

针对现有技术中铝丝存在的不足，本发明的目的是提供一种含有稀土的铁铝合金丝及其制造方法，弥补铝丝的不足，提高了单丝的抗拉强度、断裂伸长率、耐弯折性能、蠕变性能、耐腐蚀性能等。能够保证在高温和过载情况下电缆连接处的可靠性。安全替代铜丝，用于电线电缆行业。

本发明解决其技术问题采用以下技术方案来实现：

一种含有稀土的铁铝合金丝，按重量百分比计，其组分为：镧元素和铈元素的总含量：0.04％～0.15％，硅：0.08％～0.13％，铁：0.4％～1.2％，铜：0.005％～0.01％，锌：0.001％～0.1％，硼：0.01％～0.05％，锰、钒、铬、钛四种元素的总含量：0.01％～0.04％，镁：0.001％～0.03％，其余为铝，其余杂质的总和不超过0.10％，单个杂质不超过0.03％。

优选地，所述硼元素的重量百分比为0.02％～0.03％。

优选地，所述锰、钒、铬、钛四种元素总含量的重量百分比：0.01％～0.02％。

优选地，所述镧元素和铈元素总含量的重量百分比：0.05％～0.07％。

优选地，所述铁元素的重量百分比为为0.5％～0.7％。

优选地，所述铁铝合金丝的直径为1.35mm～4.0mm。

制造上述的铁铝合金丝的方法包括以下制作步骤：

(1)配料：按照铁铝合金丝的配方，配齐各类材料。

(2)烘炉：生产前停炉时间不超过12小时的，熔炉烘烤时间为10分钟，如果停炉时间超过20小时，应烘炉15分钟。为确保铝锭熔化，同时防止炉温过高造成铝烧损过大或铝水过热，炉膛温度控制在1100℃～1200℃。

(3)熔化：在熔炉内温度达到1100℃～1200℃时，在维持小火情况下，迅速将铝锭和铁铝合金锭加入熔炉。铝锭和铁铝合金锭正常熔化时，炉内火焰为桔红色，炉内保持微还原性，以减少烧损。铝水熔化后，注意出水口工作状态，并保持铝水温度在720℃～740℃之间。

(4)精炼：铝水转入保温炉过程中，当保温炉中铝水高度达到炉高的一半时，在铝水中加入硼铝合金块。铝水进入保温炉过程中，控制炉内铝水温度在730℃～750℃之间。熔化过程中的铝液不可避免的受到污染，如氧化、吸气、混入杂质等，这些都是造成合金杆机械性能和电性能变坏的根本原因，因此当保温炉内铝水装满后，加入精炼剂进行精炼，精炼剂应均匀加在铝液中。由于熔化炉在熔化金属时并没有混合搅拌的作用，所以不能使铁铝合金和硼铝合金均匀分散在铝液中，因此在精炼过程中应采用电磁搅拌装置搅拌20～40分钟，使铝水内各成分均匀。精炼结束后将铝水表面浮渣扒出，扒渣一定要干净，不允许有残留。扒渣工作结束后，将铝水静置20～40分钟，进行炉前化学成分分析，符合配方要求后，即可放铝水浇铸轧杆。

(5)浇铸：在浇铸轧杆前，控制保温炉铝水的温度，保证浇铸时铝液温度在690℃～720℃之间，浇铸后保证合金条离开结晶轮温度在480℃～520℃之间。

(6)轧制：步骤(5)中的合金条进入轧机的初轧温度控制在不低于480℃，冷却润滑液的温度控制在30℃～50℃之间，轧制压力保持在0.1MPa～0.3MPa，在正常情况下，保持终轧温度在300℃～330℃之间，以保证铝合金杆的机械性能满足拉制要求。

(7)拉丝：步骤(6)中轧制成的铁铝合金杆存放24小时后，进入拉丝工序，拉制成1.35mm～4.0mm的硬铝合金丝，拉丝时应保证硬铝合金丝过每道模具时都能充分的润滑冷却，保证成品丝外观光亮；

(8)热处理：将步骤(7)中的硬铝合金丝放入退火炉中，在360℃～390℃温度下，保温3-5小时，制得软铝合金丝。

优选地，步骤(8)中所述的铁铝合金丝的退火温度为350℃～390℃。

所述精炼剂由氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)、冰晶石(Na₃AlF₆)按30∶40∶30比例构成，精炼剂使用重量为铝水重量的0.3％～0.5％。

本发明的有益效果是：本发明的铁铝合金丝由于铁元素的加入，铁铝合金丝退火后的抗拉强度和断裂伸长率显著提高，铁铝合金丝的蠕变性能基本与铜丝相当。应用于电缆导体时，电缆有更好的弯曲性能和连接可靠性能，提高了电缆使用中的稳定性。铁含量在0.4％～1.3％范围内能保证铁铝合金丝的机械性能和电性能，含量太低起不到强化作用，含量太高，铁铝合金丝的电阻率偏大，影响经济性能。

本发明将硅含量控制在0.09％～0.13％，硅含量超过0.13％时对合金丝的电阻率和机械性能影响比较大，且稀土的处理效果不明显，也增加了材料成本。

本发明将稀土含量控制在0.04％～0.15％，硅含量超过0.09％时采用稀土处理效果明显，试验表明稀土处理后，铁铝合金丝的电阻率能降低0.5％。稀土还能细化晶粒，净化基本体，提高铁铝合金丝的耐化学腐蚀性能，改善铁铝合金丝的表面电阻。

本发明将硼加入铝中，在浇铸阶段能起到增加结晶核作用，防止因结晶核减少而造成晶粒粗大。硼在铝中可以降低钒、锰、钛、铬四种微量杂质对电阻率的影响，若该四种微量元素重量百分数之和大于0.01％，则电阻率会超标，当四种元素重量百分比之和大于0.04％时，硼元素的作用将不明显，四种元素含量越大，需加入的硼越多。实践证明硼元素的加入，能使铁铝合金丝的电阻率降低0.7％。

本发明将钒、锰、钛、铬四种微量杂质的重量百分比含量控制在0.04％以下，既可保证硼化处理的效果，又能达到经济实用性的要求。

本发明所用铝锭为工业用AL99.70纯铝锭，铁铝合金丝中铝元素的重量百分比最好控制在98.8％～99.1％，以保证铁铝合金丝的电阻率不高于0.02800Ω·mm²/m，同时也可保证铁铝合金丝的机械性能达到要求。

另一方面，本发明提供的制备铁铝合金丝的方法，通过对熔化工序、精炼工序、浇铸工序、连续轧制工序及退火工序中各工序温度和时间的控制及合金材料的加入时机的控制，保证了铁铝合金丝生产过程中烧损少和机械性能。本发明提供的制造工艺简捷，产品成本适中，产品质量稳定。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本发明。

实施例一：

一种含有稀土的铁铝合金丝，该合金丝的各组分所占重量百分比为：镧元素和铈元素的总含量：0.055％，硅：0.1％，铁：0.45％，铜：0.005％，锌：0.002％，硼：0.025％，锰、钒、铬、钛四种元素的总含量：0.015％，镁：0.001％，其余为铝。

按上述配料制作本铁铝合金丝采用以下步骤：

(1)配料：按照铁铝合金丝的配方，配齐各类材料；

(2)烘炉：熔炉烘烤10分钟，保证炉膛温度1100℃；

(3)熔化：在熔炉内温度达到1100℃时，在维持小火情况下，迅速将铝锭和铁铝合金锭加入熔炉，使铝水温度达720℃；

(4)精炼：在保温炉中铝水高度达到炉高的一半时，加入硼铝合金块，并将炉内铝水温度加热至740℃，待保温炉内铝水装满后，加入精炼剂进行精炼，精炼过程中采用电磁搅拌装置搅拌20分钟，精炼结束后将铝水表面浮渣扒出，扒渣工作结束后，铝水静置40分钟，进行炉前化学成分分析，符合配方要求后，进行浇铸；

(5)浇铸：浇铸时保持铝液温度710℃，浇铸后，铝水凝固成的合金条离开结晶轮时的温度在510℃；

(6)轧制：步骤(5)中的合金条进入轧机的初轧温度控制为485℃，终轧温度为300℃；

(7)拉丝：步骤(6)中轧制成的铁铝合金杆存放24小时后，进入拉丝工序；

(8)热处理：将步骤(7)中的硬铝合金丝放入退火炉中，在390℃温度下，保温4小时，制得软铝合金丝。

实施例二：

一种含有稀土的铁铝合金丝，该合金丝的各组分所占重量百分比为：镧元素和铈元素的总含量：0.06％，硅：0.09％，铁：0.07％，铜：0.01％，锌：0.05％，硼：0.03％，锰、钒、铬、钛四种元素的总含量：0.02％，镁：0.01％，其余为铝。

按上述配料制作本铁铝合金丝采用以下步骤：

(1)配料：按照铁铝合金丝的配方，配齐各类材料；

(2)烘炉：熔炉烘烤15分钟，保证炉膛温度1200℃；

(3)熔化：在熔炉内温度达到1200℃时，在维持小火情况下，迅速将铝锭和铁铝合金锭加入熔炉，使铝水温度达730℃；

(4)精炼：在保温炉中铝水高度达到炉高的一半时，加入硼铝合金块，并将炉内铝水温度加热至750℃，待保温炉内铝水装满后，加入精炼剂进行精炼，精炼过程中采用电磁搅拌装置搅拌15分钟，精炼结束后将铝水表面浮渣扒出，扒渣工作结束后，铝水静置30分钟，进行炉前化学成分分析，符合配方要求后，进行浇铸；

(5)浇铸：浇铸时保持铝液温度715℃，浇铸后，铝水凝固成的合金条离开结晶轮时的温度在505℃；

(6)轧制：步骤(5)中的合金条进入轧机的初轧温度控制为480℃，终轧温度为300℃；

(8)热处理：将步骤(7)中的硬铝合金丝放入退火炉中，在380℃温度下，保温5小时，制得软铝合金丝。

实施例三：

一种含有稀土的铁铝合金丝，该合金丝的各组分所占重量百分比为：镧元素和铈元素的总含量：0.15％，硅：0.13％，铁：1.2％，铜：0.008％，锌：0.1％，硼：0.01％，锰、钒、铬、钛四种元素的总含量：0.01％，镁：0.03％，其余为铝。

按上述配料制作本铁铝合金丝采用以下步骤：

(1)配料：按照铁铝合金丝的配方，配齐各类材料；

(2)烘炉：熔炉烘烤13分钟，保证炉膛温度1150℃；

(3)熔化：在熔炉内温度达到1150℃时，在维持小火情况下，迅速将铝锭和铁铝合金锭加入熔炉，使铝水温度达740℃；

(4)精炼：在保温炉中铝水高度达到炉高的一半时，加入硼铝合金块，并将炉内铝水温度加热至730℃，待保温炉内铝水装满后，加入精炼剂进行精炼，精炼过程中采用电磁搅拌装置搅拌30分钟，精炼结束后将铝水表面浮渣扒出，扒渣工作结束后，铝水静置20分钟，进行炉前化学成分分析，符合配方要求后，进行浇铸；

(5)浇铸：浇铸时保持铝液温度690℃，浇铸后，铝水凝固成的合金条离开结晶轮时的温度在520℃；

(6)轧制：步骤(5)中的合金条进入轧机的初轧温度控制为490℃，终轧温度为330℃；

(8)热处理：将步骤(7)中的硬铝合金丝放入退火炉中，在360℃温度下，保温3小时，制得软铝合金丝。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种含有稀土的铁铝合金丝，其特征在于：按重量百分比计，其组分为：镧元素和铈元素的总含量：0.04％～0.15％，硅：0.08％～0.13％，铁：0.4％～1.2％，铜：0.005％～0.01％，锌：0.001％～0.1％，硼：0.01％～0.05％，锰、钒、铬、钛四种元素的总含量：0.01％～0.04％，镁：0.001％～0.03％，其余为铝，其余杂质的总和不超过0.10％，单个杂质不超过0.03％。

2.根据权利要求1所述的一种含有稀土的铁铝合金丝，其特征在于：所述硼元素的重量百分比为0.02％～0.03％。

3.根据权利要求1所述的一种含有稀土的铁铝合金丝，其特征在于：所述锰、钒、铬、钛四种元素总含量的重量百分比：0.01％～0.02％。

4.根据权利要求1所述的一种含有稀土的铁铝合金丝，其特征在于：所述镧元素和铈元素总含量的重量百分比：0.05％～0.07％。

5.根据权利要求1所述的一种含有稀土的铁铝合金丝，其特征在于：所述铁元素的重量百分比为为0.5％～0.7％。

6.根据权利要求1所述的一种含有稀土的铁铝合金丝，其特征在于：所述铁铝合金丝的直径为1.35mm～4.0mm。

7.根据权利要求1所述的一种含有稀土的铁铝合金丝的制造方法，其特征在于：包括以下制作步骤：

(1)配料：按照铁铝合金丝的配方，配齐各类材料；

(2)烘炉：熔炉烘烤10分钟～15分钟，炉膛温度1100℃～1200℃；

(3)熔化：在熔炉内温度达到1100℃～1200℃时，在维持小火情况下，迅速将铝锭和铁铝合金锭加入熔炉，使铝水温度达720℃～740℃；

(4)精炼：在保温炉中铝水高度达到炉高的一半时，加入硼铝合金块，并将炉内铝水温度加热至730℃～750℃，待保温炉内铝水装满后，加入精炼剂进行精炼，精炼过程中采用电磁搅拌装置搅拌20～40分钟，精炼结束后将铝水表面浮渣扒出，扒渣工作结束后，铝水静置20～40分钟，进行炉前化学成分分析，符合配方要求后，进行浇铸；

(5)浇铸：浇铸时保持铝液温度690℃～720℃，浇铸后，铝水凝固成的合金条离开结晶轮时的温度在480℃～520℃；

(6)轧制：步骤(5)中的合金条进入轧机的初轧温度控制为480℃，终轧温度为300℃～330℃；

(7)拉丝：步骤(6)中轧制成的铁铝合金杆存放24小时后，进入拉丝工序，拉制成1.35mm～4.0mm的硬铝合金丝；

8.根据权利要求7所述的一种含有稀土的铁铝合金丝的制造方法，其特征在于：所述铁铝合金丝的退火温度为350℃～390℃。

9.根据权利要求7所述的一种含有稀土的铁铝合金丝的制造方法，其特征在于：所述精炼剂由氯化钠、氯化钾、冰晶石按30∶40∶30比例构成，精炼剂的使用重量为铝水重量的0.3％～0.5％。